(57)【要約】【課題】側面付近の歪みを小さくしてクラックの発生を低減したセラミック積層体を提供する。【解決手段】複数のセラミック絶縁層を積層してなるセラミック積層体において、前記セラミック絶縁層は、前記セラミック積層体の側面に露出する第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと、第1のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ間に介在され、且つ第1のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの外形に比して小さな外形を有するとともに、第1のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと組成の異なる第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉとからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック絶縁層を積層してなるセラミック積層体において、
前記セラミック絶縁層は、前記セラミック積層体の側面に露出する第１のセラミック絶縁層と、
前記第1のセラミック絶縁層間に介在され、且つ前記第1のセラミック絶縁層の外形に比して小さな外形を有するとともに、第1のセラミック絶縁層と組成の異なる第２のセラミック絶縁層とから成ることを特徴とするセラミック積層体。
【請求項２】
前記第１のセラミック絶縁層は、前記第２のセラミック絶縁層に比して厚みが厚いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック積層体。
【請求項３】
前記第１のセラミック絶縁層は、前記第２のセラミック絶縁層に比して焼結開始温度が高いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や複合電子部品等に用いられる多層配線基板等のセラミック積層体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置や複合電子部品等に多層配線基板等のセラミック積層体が幅広く用いられている。
【０００３】
かかる従来のセラミック積層体は、複数個のセラミック絶縁層を積層してなるものであり、絶縁層間には配線導体が設けられている。また内部に、キャパシタやインダクタ等の機能を構成するためや、若しくは寸法精度を高くするために、一部のセラミック絶縁層の組成を異ならせたものも知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開平２−３０９６９４号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、組成が異なるセラミック絶縁層を２種類以上積層してなるセラミック積層体は、電気回路の組立時等の熱履歴が加わった際に、熱膨張係数が異なるため、セラミック絶縁層の境界で歪みが大きくなる。組成が異なるセラミック絶縁層の境界での歪みは、セラミック積層体の側面に露出した部分を起点としてクラック等が発生させる。
【０００５】
また組成を異ならせることによって焼結開始温度にも差が生じているので、製造における焼成工程の際に、境界で歪みが大きくなり、上述したようなクラック等が発生する。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、側面付近の歪みを小さくしてクラックの発生を低減したセラミック積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセラミック積層体は、複数のセラミック絶縁層を積層してなるセラミック積層体において、前記セラミック絶縁層は、前記セラミック積層体の側面に露出する第１のセラミック絶縁層と、前記第1のセラミック絶縁層間に介在され、且つ前記第1のセラミック絶縁層の外形に比して小さな外形を有するとともに、第1のセラミック絶縁層と組成の異なる第２のセラミック絶縁層とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明のセラミック積層体は、前記第１のセラミック絶縁層は、前記第２のセラミック絶縁層に比して厚みが厚いことを特徴とするものである。
【０００９】
更に本発明のセラミック積層体は、前記第１のセラミック絶縁層は、前記第２のセラミック絶縁層に比して焼結開始温度が高いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセラミック積層体によれば、セラミック積層体の側面に露出する第１のセラミック絶縁層の組成を同一にしたので、側面付近では熱膨張係数が一様になってセラミック絶縁層の境界での歪みが小さくなり、クラック等の発生を少なくすることができる。
【００１１】
また本発明のセラミック積層体によれば、側面に露出しない第２のセラミック絶縁層の厚みを薄くすることにより、側面付近で第２のセラミック絶縁層を未形成にした影響が少なくなり、平坦性が良くなる。
【００１２】
更に本発明のセラミック積層体によれば、側面に露出する第１のセラミック絶縁層の焼結開始温度が、露出しない第２のセラミック絶縁層に比して焼結開始温度が高いので、製造における焼成工程の際に、側面付近での焼結が完了した後には収縮の応力による歪みが小さくなり、クラック等の発生をより少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のセラミック積層体を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るセラミック積層体の断面図であり、同図に示すセラミック積層体１は、大略的に、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉを積層した構造を有している。また本実施形態のセラミック積層体１は、表層及び内部に配線導体２，３が形成された多層配線基板である。表層の配線導体２は、主に電子部品素子の搭載部となる接続パッドとして機能し、絶縁層間に介在する内部の配線導体３は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、インダクタ・キャパシタ等の回路素子として機能する。表層の配線導体２と内部の配線導体、若しくは異なるセラミック絶縁層間に介在する内部の配線導体３同士は、ビアホール導体４により電気的に接続される。
【００１５】
第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅは、材質としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられ、その厚みは、例えば１０〜３００μｍに設定される。ガラス−セラミック材料にはガラス粉末及びセラミック粉末が含まれ、ガラス粉末は３０〜１００重量部含まれており、ガラス粉末を除く材料がセラミック粉末となる。
【００１６】
第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉは、材質としては、上記第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと同様にガラス−セラミック材料が好適に用いられ、その厚みは、例えば２〜１５０μｍに設定される。そして、
第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅはセラミック積層体１の側面を構成するものの、この第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉは、第1のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの外形（平面視した時の外周形状）に比して小さな外形を有しているため、図１に示すような断面をみても、セラミック積層体１の側面に露出することはないものである。
【００１７】
本実施形態においては、例えば、第１のセラミック絶縁層をガラス粉末が５５重量部、第２のセラミック絶縁層はガラス粉末を８５重量部の組成から成る材料により製作した。
【００１８】
ガラス粉末の具体的な組成としては、例えば、必須成分として、ＳｉＯ2を１０〜７０重量部、Ａｌ2Ｏ3を０．５〜３０重量部、ＭｇＯを３〜６０重量部、また任意成分として、ＣａＯを０〜３５重量部、ＢａＯを０〜３５重量部、ＳｒＯを０〜３５重量部、Ｂ2Ｏ3を０〜２０重量部、ＺｎＯを０〜３０重量部、ＴｉＯ2を０〜１０重量部、Ｎａ2Ｏを０〜３重量部、Ｌｉ2Ｏを０〜５重量部含むものが挙げられる。
【００１９】
セラミック粉末としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＣａＴｉＯ3、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＢａＴｉ4Ｏ9、ＺｒＴｉＯ4、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＴｉＯ2から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００２０】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能となるとともに、導体層として、銀（融点９６０℃）、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を作成できる。また、誘電率の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００２１】
そして本実施形態のセラミック積層体１においては、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅは、セラミック積層体１の側面に露出されており、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉは、第1のセラミック絶縁層とは組成が異なるとともに、第1のセラミック絶縁層間に介在され、且つ第1のセラミック絶縁層の外形に比して小さな外形を有している。
【００２２】
このように、セラミック積層体１の側面に露出する第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの組成を同一にしたので、側面付近では熱膨張係数が一様になってセラミック絶縁層の境界での歪みが小さくなり、クラック等の発生を少なくすることができる。
【００２３】
また本実施形態のセラミック積層体１は、側面に露出しない第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの厚みを薄く設定しているので、側面付近で第２のセラミック絶縁層を未形成にした影響が少なくなり、平坦性が良くなる。
【００２４】
配線導体２，３及びビアホール導体４は、材質としては、銀、銅、金のいずれか一種を含む導電材料からから成る。配線導体２，３は、厚みが例えば５〜２５μｍに設定される。ビアホール導体３は、直径を任意に設定可能であり、ビアホール導体３が埋設される絶縁層の厚みが１０〜３００μｍの場合、ビアホール導体３の直径は例えば５０〜３００μｍに設定される。なお、図１では、セラミック積層体１の内部に形成した配線導体３は、たとえば導体層３の上面側に第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅが、下面側に第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉが配置されるように、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉとの層間に配置されているが、たとえば導体層３の下面側に第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅが、上面側に第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉが配置されるように、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉと第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅとの層間に配置しても構わない。また、ビアホール導体４に関しても、図１では第１のセラミック層１ａの厚みのみに形成されているが、各第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの厚みを貫くように形成してもよい。
【００２５】
上述したセラミック積層体１は、例えば以下の方法によって製造される。
【００２６】
先ず、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉをセラミックグリーンシートとして形成する。セラミックグリーンシートは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合してスラリー化し、このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断することによって得られる。
【００２７】
本実施形態においては、例えば、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅに用いる粉末の組成は、ガラス粉末が、ＳｉＯ２を３３重量部、Ａｌ２Ｏ３を３．４重量部、ＭｇＯを１３重量部、ＣａＯを１５重量部、ＢａＯを０．３重量部、Ｂ２Ｏ３を０．２重量部、Ｌｉ２Ｏを０．１重量部、セラミック粉末が、Ａｌ２Ｏ３を４５重量部から成りものとした。また第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉに用いる粉末の組成は、ガラス粉末が、ＳｉＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、Ｂ２Ｏ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部と、セラミック粉末が、ＭｇＴｉＯ３を１５重量部含む材料から成るものとした。上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダとしてアクリルバインダ、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調整し、それぞれ第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉとなるセラミックグリーンシートを形成した。
【００２８】
次に、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉとを貼り合わせ、得られたシートに金型による打ち抜き等の方法を用いて貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填してビアホール導体４を形成し、シートの主面には導体ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させて配線導体２，３を形成する。
【００２９】
配線導体２，３とビアホール導体４の材料は、例えば、銀粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加して成るペーストを用いた。
【００３０】
そして、このようにして得られた各シートを、所定の積層順序に応じて積層して積層シートを形成し、所定の温度プロファイルで焼成することにより、本実施形態のセラミック積層体１が得られる。
【００３１】
本実施形態のセラミック積層体１によれば、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅは、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉに比してガラス粉末の少ない組成にすること等により、焼結開始温度を高く設定している。側面に露出する第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの焼結開始温度が、露出しない第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉに比して焼結開始温度が高いので、製造における焼成工程の際に、側面付近での焼結が完了した後には収縮の応力による歪みが小さくなり、クラック等の発生をより少なくしたセラミック積層体１を得ることができる。
【００３２】
即ち、得られた積層シートを、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの焼結開始温度よりも低く、且つ第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの焼結開始温度より高い第１の温度領域で加熱することにより、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉをその面方向に比して厚み方向に大きく収縮させる。しかる後、積層シートを、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの焼結開始温度よりも高い第２の温度領域で加熱することにより、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅをその面方向に比して厚み方向に大きく収縮させて、第１及び第２のセラミック絶縁層を焼結し、セラミック積層体１が得られるようになる。即ち、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉが収縮する際、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの面方向への収縮が未焼結状態の第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの剛性により抑制され、また、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅが収縮する際、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの面方向への収縮が第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの剛性により抑制されることにより、結果として、積層シートの面方向の収縮を抑制させることとなり、セラミック積層体１は反りの発生が抑えられるとともに、寸法精度を高くすることができる。
【００３３】
本実施形態においては、第１のセラミック絶縁層は焼結開始温度が７８３℃、第２のセラミック絶縁層は焼結開始温度が６９０℃という組成となっており、この結果、積層シートの焼成収縮が終了した時の面方向の線収縮率が３％と小さく、反りや変形の少ないセラミック積層体１を得ることができた。
【００３４】
また、積層シートにおいて、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉの厚みを薄く設定しているので、最初に焼結開始する第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉはその収縮による応力が小さく、未焼結状態で材質としての剛性が大きくない第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅであっても面方向への収縮がより効果的に抑制されることとなる。
【００３５】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。
【００３６】
例えば上述の実施形態では、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの形成にセラミックグリーンシートを用い、これを第２のセラミック絶縁層の形成に用いられるセラミックグリーンシートと貼り合わせて使用するようにしたが、これに代えて、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅの形成にペースト状になした第１の無機組成物を用い、これを第２のセラミック絶縁層の形成に用いられるセラミックグリーンシートの主面に、印刷等で塗布して直接形成するようにしても良い。この場合、厚みの薄い第１のセラミック絶縁層がペーストの塗布等によって比較的簡単に形成されるようになり、厚みの薄い第１のセラミック絶縁層をセラミックグリーンシート等で構成する場合に比し第１のセラミック絶縁層セラミックを形成する際の作業性が良好となり、多層回路基板の生産性を向上させることができる利点もある。
【００３７】
更に、上述の実施形態においては、第１のセラミック絶縁層と第２のセラミック絶縁層とを交互に積層してセラミック積層体を形成するようにしたが、これに代えて、複数の第１のセラミック絶縁層や複数の第２のセラミック絶縁層を厚み方向に連続して積層することによりセラミック積層体を形成するようにしても構わない。
【００３８】
また、本発明は複数個取り用母基板の製作にも採用することができる。複数個取り用母基板は、セラミック積層体に対応する各基体領域の境界に沿って切断することにより複数個の多層回路基板に分割されるものである。この場合、複数個取り用母基板の側面においても、第１のセラミック絶縁層１ａ〜１ｅを、複数個取り用母基板の側面に露出させ、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉを、第1のセラミック絶縁層間に介在され、且つ第1のセラミック絶縁層の外形に比して小さな外形を有したものとしておけば、側面付近では熱膨張係数が一様になってセラミック絶縁層の境界での歪みが小さくなり、クラック等の発生を少なくすることができる。
【００３９】
更にこの場合、複数個取り用母基板の各基体領域の境界に沿って、第２のセラミック絶縁層１ｆ〜１ｉを未形成にしておくことで、分割後のセラミック積層体は、上述の実施形態を構成することができる。
【００４０】
また、上述した実施形態においては、セラミック積層体１として多層配線基板を構成しているが、この他にも、積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックレゾネータ、または積層誘電体フィルタ等を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミック積層体の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・セラミック積層体
１ａ〜１ｅ・・・第１のセラミック絶縁層
１ｆ〜１ｉ・・・第２のセラミック絶縁層
２，３・・・配線導体
４・・・ビアホール導体
【図１】
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